Mechaniczne stopy z Młyny kulowe
Tradycyjna produkcja stopów obejmuje zwykle topnienie elementów w wysokich temperaturach, aby stworzyć materiały, takie jak stal nierdzewna. Jednakże, gdy tylko niewielkie ilości są potrzebne lub topnienie nie jest możliwe do stopów, stopy mechaniczne oferują skuteczną alternatywę. Proces ten wykorzystuje Młyny kulowe do spawania i łączenia cząstek proszkowych poprzez połączenie uderzenia i plastycznej deformacji.
W późnych latach 60. ta metoda była stosowana do produkcji stopów niklu-żelaza. Są odporne na wysokie temperatury i nadają się do zastosowań w przemyśle lotniczym. Mechaniczne stopy są techniką przetwarzania proszków, która osiąga jednorodność materiału przez wielokrotne spawanie na zimno, pęknięcie i ponowne spawanie cząstek proszkowych.
Początkowo, większe cząstki są wytwarzane w ten sposób. Zwiększone struktury defektów, takie jak dyslokacje, szczeliny i napięcie w kryształowych siatkach poszczególnych cząstek prowadzą do zwiększonej szybkości dyfuzji ich atomów. Rezultatem jest zwiększone kruchość, co sprzyja powstawaniu pęknięć i późniejszym zerwaniu cząstki. Dyfuzja jest wspierana przez wzrost temperatury wytwarzany przez ciepło tarcia w moszce do szlifowania. Proces fuzji i składowania trwa do momentu osiągnięcia pełnej homogenizacji po kilku minutach lub kilku godzinach.
Potrzebny wkład energii podczas stopowania mechanicznego jest dostarczany przez wysokoenergetyczne Młyny kulowe i Młyny kulowe planetarne poprzez kolizje uderzeniowe. Kuli szlifujące powodują plastyczne deformacje drobnych cząstek, prowadzące do fuzji materiałów. Technika ta umożliwia wytwarzanie stopów, gdy tradycyjne metody fuzji metali są nieskuteczne. Umożliwia również regulację współczynników mieszania elementów. Umożliwiają one również wstępne frezowanie próbek w celu zmniejszenia rozmiaru cząstek.
Młyny odpowiednie do stopów mechanicznych
Wysokoenergetyczny młyn kulowy Emax
Wysokoenergetyczny młyn kulowy Emax jest zaprojektowany z myślą o wysokiej intensywności frezowania, osiągając prędkość 2000 min-1 w połączeniu z unikalnym wzornictwem grilla, który wytwarza znaczącą energię redukcji rozmiaru grilla. Ten efekt jest osiągalny bez konieczności podłączania do grilla ogromnej ilości energii do 76 g.
Emax działa na podwójnym mechanizmie maksymalnego uderzenia i intensywnego tarcia bez zmiany orientacji, zwiększając temperaturę mieszania cząstek i osiągając wysoką energię maksymalną, odpowiednią do szybkiego grilla do zakresu nanometrycznego i do stopniowego rozkładania wielkości cząstek.
Ten efekt jest osiągnięty poprzez owalne kształty i ruchy chłodzenia w trybie chłodzenia.
Planetarne młyny kulowe
W Młynie planetarno-kulowym ta sama energia funkcjonuje jako "planeta do góry", która orbituje na platformie znanej jako "Słoneczne koło", co oznacza, że maszyna obrotowa o dużym natężeniu obrotowym wynosi 300 PM, co oznacza, że każda maszyna obrotowa o dużym natężeniu obrotowym wynosi 500 PM, co oznacza, że każda maszyna obrotowa o dużym natężeniu obrotowym może osiągnąć maksymalny wpływ na próbkę, co prowadzi do dalszej redukcji wielkości przez friction. Typically, the speed ratio rbrivers up the larw wheel and the ballowe is 1: jarowy
Przykładowe materiały termoelektryczne poprzez stopy mechaniczne
Silicium i germanium są podstawowymi materiałami półprzewodnikowymi, które zrewolucjonizowały rozwój urządzeń elektronicznych, w tym fotowoltaicznych komórek i tranzystorów. Dzięki zmianie proporcji Si i Ge, właściwości tych stopów mogą być zmodyfikowane, wpływając na rozmiar atomowy, różnice masy i szczeliny pasmowe.
Thermoelektrowne stopy składające się z Si i Ge są wykorzystywane w misjach kosmicznych. Elementy Buthurtier Pelide wykorzystywane są w systemach chłodzenia radioizotopowych. Wcześniej planetarne thły kulowe wykorzystywane były do mechanicznego alloywania Si i Ge, ale napotykały one kilka wyższych problemów.
3,63 g Si i 2,36 g Ge zostały połączone w słoiku do szlifowania węglanu wolframu o pojemności 50 ml przy użyciu ośmiu kul szlifujących o pojemności 10 mm, z stosunkiem próbki do kulki wynoszącym 1:10. Początkowo Si i Ge miały rozmiary cząstek 1–25 mm i 4 mm, odpowiednio. Po 20 minutowym szlifowaniu przy 2000 obr./min, obie zostały sproszkowane bez pieczenia. Mechaniczne stopowanie kontynuowało się przez dziewięć godzin przy 1200 obr./min. W ciągu całego procesu, składniki stopu pozostawały proszkowe, a temperatura Emax pozostała poniżej 30 °C. Po dziewięciu godzinach, difracja promieni rentgenowych (XRD) zmierzyła materiał wyjściowy, pokazując wyraźne wzory linii Si i Ge, które zniknęły w czasie.
Wyniki prezentowane przez Amalia Wagner. Instytut Chemii Nieorganicznej i Analitycznej, Uniwersytet Alberta Ludwigs[1]
Wpływ na stosunek proszek do kulki na wyniki uzyskane przez stopy mechaniczne
Dla mechanicznego stopu kulowe podejście do wypełniania kul odbiega od konwencjonalnej reguły 1/3 kul, 1/3 próbki, 1/3 pustej przestrzeni, ze względu na częste zapotrzebowanie na wysokie przyspieszenie wypełniania i okazjonalny niedobór materiału próbkowego. Po ustaleniu liczby kul stosuje się określony stosunek masy, który wymaga uwzględnienia ilości reaktantu i jasnej decyzji co do stosowanego stosunku masy. Ze względu na to, że minimalna ilość próbek w słoikach jest zazwyczaj bardzo mała, istnieje większe ryzyko uszkodzenia zarówno kul, jak i słoików, stosując ich specyficzną wagę, która różni się w zależności od wielkości i materiału.
| Nominalna objętość naczynia mielącego |
Ilość próbki | Maks. wielkość wejściowa | Ø 5 mm* | Ø 7 mm* | Ø 10 mm* | Ø 15 mm* | Ø 20 mm* | Ø 30 mm* |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 12 ml | do ≤ 5 ml | < 1 mm | 50 | 15 | 5 | - | - | - |
| 25 ml | do ≤ 10 ml | < 1 mm | 95 – 100 | 25 – 30 | 10 | - | - | - |
| 50 ml | 5 – 20 ml | < 3 mm | 200 | 50 – 70 | 20 | 7 | 3 – 4 | - |
| 80 ml | 10 – 35 ml | < 4 mm | 250 – 330 | 70 – 120 | 30 – 40 | 12 | 5 | - |
| 125 ml | 15 – 50 ml | < 4 mm | 500 | 110 – 180 | 50 – 60 | 18 | 7 | - |
| 250 ml | 25 – 120 ml | < 6 mm | 1100 – 1200 | 220 – 350 | 100 – 120 | 35 – 45 | 15 | 5 |
| 500 ml | 75 – 220 ml | < 10 mm | 2000 | 440 – 700 | 200 – 230 | 70 | 25 | 8 |
*Rekomendowana ilość kul (szt.)
Tabela pokazuje zalecane ładunki (w kawałkach) kul szlifujących o różnych rozmiarach w stosunku do objętości słoika szlifującego, ilości próbek i maksymalnego rozmiaru paszy.
Jednakże, jeżeli stosunek kulek do proszku energii jest zbyt wysoki, kulki nie mogą się już skutecznie poruszać, co zmniejsza wydajność procesu stopowania. Aby ustalić skuteczność różnych stosunków kulek do proszku do mieszania, przeprowadzono eksperyment przy użyciu 50 ml beczki do szlifowania stali i dziesięciu kulek do szlifowania stali 10 mm. W stosunku 1:10 zastosowano 2,09 g bizmuta i 1,91 g telluru, podczas gdy stosunek 1:5 obejmował 4,18 g Bi i 3,83 g Te. Materiały przetworzono przez 70 minut przy 800 obr./min., z cyklami 10 minut szlifowania, po których nastąpiła przerwa na jedną minutę na odwrócone szlifowanie. Analizę XRD przeprowadzono po pierwszej godzinie mechanicznego szlifowania.
Dyfractogram proszku po godzinie mechanicznego stopu Bi i Te w Emax, stosunek proszek do kulki 1:10 (lewy), stosunek proszek do kulki 1:5 (prawy).
Wyniki prezentowane przez Uwe Pelz, Instytut Chemii Nieorganicznej i Analitycznej, Uniwersytet Albert Ludwigs [1]
Wpływ materiału szlifowania narzędzia i prędkość maszyny
Wpływ materiałów stosowanych do słoików i kulek do szlifowania jest znaczący w skuteczności stopów. Dwa kluczowe czynniki to wkład energii, który koreluje z gęstością materiału i odpornością na ścieranie materiału. Prędkość szlifowania wpływa również na wkład energii, który wzrasta wraz z gęstością materiału i szybkością szlifowania. Materiały o wysokiej gęstości, takie jak karbyd wolframowy, powodują większe przyspieszenie kulek do szlifowania przy określonej szybkości, prowadząc do większego wpływu na energię próbki i bardziej skutecznego działania rozdrabniającego. Jednak dla materiałów ductylowych, nadmierna odporność na ścieranie może utrudniać skuteczne procesy stopowania, powodując, że próbka tworzy Warstwa, która przylega do słoika i kapsułuje kulki do szlifowania, zakłócając tworzenie nanokrystalicznych i komplikując odzysk próbek.
Controlled Atmosphere Milling with Advanced Grinding Jar Design
Młyny EasyFit zostały zaprojektowane z myślą o wymagających warunkach, w tym długotrwałych próbach przy prędkościach do 800 obr./min, wysokich obciążeniach mechanicznych i stopach mechanicznych. Są kompatybilne ze wszystkimi Młyny kulowe planetarne RETSCH. Seria EasyFit wprowadza funkcję Advanced Anti-Twist (AAT) na dnie słoików 50-500 ml, zapewniając bezpieczne mocowanie i zmniejszone zużycie, nawet przy dużych prędkościach. Zakres słoików do szlifowania ma trzy kategorie średnicy - 12-25 ml, 50-125 ml i 250-500 ml - z wymiennymi pokrywami w ramach kategorii.
Aeration lids facilitate inert atmosphere operations, allowing gases like argon or nitrogen to be introduced. They can be customized with different inlays, making them versatile for various jar materials. The Emax jars also support these features.
System pomiaru GrindControl GrindControl pokazuje, co dzieje się wewnątrz naczynia mielącego – w czasie rzeczywistym
GrindControl zapewnia wgląd w czasie rzeczywistym w procesy zachodzące wewnątrz naczynia mielącego. Ciśnienie i temperatura są monitorowane w sposób ciągły — co gwarantuje bezpieczną i precyzyjną kontrolę, nawet w przypadku materiałów wrażliwych lub reaktywnych. Umożliwia natychmiastową reakcję na nieoczekiwane wzrosty ciśnienia oraz stałą kontrolę próbek wrażliwych na temperaturę, a także reakcji mechanochemicznych.
GrindControl w skrócie
- Dane w czasie rzeczywistym dotyczące ciśnienia i temperatury
- Wczesne wykrywanie stanów krytycznych
- Precyzyjna kontrola procesu
- Ochrona materiałów wrażliwych
- Powtarzalne wyniki
Synteza nowych materiałów akumulatorowych
Synteza mechanochemiczna stała się szczególnie popularna w dziedzinie technologii akumulatorów, gdzie jest wykorzystywana do produkcji innowacyjnych elektrolitów, izolatorów lub kompozytów wielofazowych o wysokiej czystości lub do optymalizacji ich mikrostruktury. Przykładem może być synteza nowych elektrolitów stałych w procesie bezrozpuszczalnikowym lub poprawa ich wydajności i stabilności. Innym zastosowaniem są przyjazne dla środowiska reakcje recyklingu, takie jak mechanochemiczna redukcja materiału katodowego stosowanego w bateriach litowo-jonowych. Wszystkie typy młynów kulowych nadają się do syntezy mechanicznej. Stosowane substancje chemiczne są zazwyczaj wrażliwe na działanie powietrza i drogie, dlatego korzystne jest przetwarzanie wsadowe w naczyniach z małymi komorami - takich, jakie są dostępne w młynach RETSCH Mixer Mills.
- Objętości próbek do 6 x 20 ml
- Rozdrobnienie końcowe*: 0,1 µm
- Rozbijanie komórek za pomocą kulek
- Milenie poprzez rozbijanie i rozcieranie
Przemysł Mechanochemia
nasze rozwiązania w twojej aplikacji
Skontaktuj się z nami w celu uzyskania bezpłatnej konsultacji
Produkty RETSCH są dostępne oraz serwisowane dzięki międzynarodowej sieci naszych spółek córek oraz gruntownie przeszkolonych firm dystrybucyjnych. Nasi pracownicy z przyjemnością pomogą w związku z każdym zapytaniem dotyczącym sprzętu Retsch.
Mechanical Alloying - FAQ
Które młyny mieszające są najbardziej odpowiednie do stopów mechanicznych?
Ponownie, młyny mieszające o dużej prędkości (do 35 Hz) i tym samym wejściu energii, takie jak MM 500 vario lub MM 500 nano, są korzystne. Ponieważ kontrola temperatury ma również znaczenie dla procesów stopowych mechanicznych, CryoMill i MM 500 control są dobrymi opcjami.
Dlaczego planetarne Młyny kulowe są popularne do stopów mechanicznych?
Młyny te są bardzo wszechstronne pod względem wielkości słoików (12-500 ml), liczby słoików, które mogą być używane w tym samym czasie (do ośmiu) i materiału słoików. Liczba i rozmiar kul szlifujących pozwalają na testowanie różnych warunków w procesach stopowych mechanicznych. Wreszcie, pokrywy wentylacyjne pozwalają na szlifowanie w inertnych atmosferach.
Co z Emay i jego zalety dla stopów mechanicznych?
Emax oferuje ogromne zużycie energii do 76 g, co jest korzystne dla stopów mechanicznych. Ponadto, słoiki mogą być chłodzone, co pozwala na lepszą kontrolę procesu stopowania mechanicznego. Dostępne są pokrywy do wentylacji i różne materiały słoików i rozmiary do 125 ml.
Referencje
[1] Zdjęcia i eksperymenty A. Wagnera, U. Pelza, Instytut Chemii Nieorganicznej i Analitycznej, Uniwersytet Alberta Ludwiga [2] E. Botcharova, M. Heilmaier, L. Schultz: stopy miedziane-niob i proces ich produkcji, niemiecki patent DE 102 10 423 C1 [3] Dyskusja Ekatarina Bocharova, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Dresden University of Technology